Salim MEDINI Traçage géographique des huiles d'olive par les isotopes du Sr

193 Pages·2015·9.53 MB·French

by  Lara Sassine

UNIVERSITÉ D’AIX-MARSEILLE, FACULTE DES SCIENCES
ECOLE DOCTORALE 251 SCIENCES DE L’ENVIRONNEMENT
OBSERVATOIRE DES SCIENCES DE L’UNIVERS – INSTITUT PHYTEAS
CENTRE EUROPEEN DE RECHERCHE ET D’ENSEIGNEMENT EN GEOSCIENCES
DE L’ENVIRONNEMENT – UM 34

Thèse présentée pour obtenir le grade universitaire de docteur

Discipline : Géosciences de l’environnement
Spécialité : Géochimie isotopique

Salim MEDINI

Traçage géographique des huiles d’olive par les isotopes du Sr :
développement analytique et application aux huiles AOP de Nîmes

A Soutenir devant le jury :
Marie-Claire PIERRET LHyGeS UMR CNRS, U. Strasbourg Rapporteur
Jean-Paul LACLAU CIRAD, UMR Eco&Sols, Montpellier Rapporteur
Anne POSZWA LIEC UMR 7360 CNRS, U. Lorraine Examinateur
Jean-Dominique MEUNIER CEREGE UM 34, U. Aix Marseille Examinateur
Christian PINATEL CTO, Aix en Provence Invité
Norbert CLAUER Directeur de Recherche Emérite du CNRS Invité

Myriam JANIN GIS, Université de Nîmes Co-directeur de thèse
Isabelle TECHER GIS/CEREGE, Université de Nîmes Directeur de thèse
Résumé
L’huile d’olive représente aujourd’hui un des ingrédients les plus précieux de la cuisine méditerranéenne et
mondiale. La reconnaissance de plus en plus forte des nombreuses vertus de ce produit a induit une croissance de
la production dans de nombreux pays, notamment en France. Le pourtour méditerranéen français s’est
notamment engagé dans une production d’huile d’olive « de qualité », démontrée au travers d’un label AOC puis
AOP (Appellation d’Origine Protégée). Ces labels confèrent une valeur marchande plus importante au produit, et
sécurisent le consommateur quant au mode de production de l’huile. Ils participent indirectement ainsi à une
meilleure gestion du risque sanitaire. Dans le département du Gard, dix mouliniers produisent des huiles d’olive
sous le label «AOP». Toutefois, la valeur marchande de leurs produits AOP les soumet à un risque de fraude
important. Cette fraude à la provenance et/ou à la qualité pouvant avoir des conséquences économiques et
sanitaires. Dans le but de pallier à ces risques, différentes méthodes d’authentification sont évoquées dans la
littérature, comme les caractéristiques organoleptiques, la composition en acides gras et triglycérides ou encore
les éléments traces de l’huile. Bien que la discrimination soit possible, aucune de ces méthodes n’est vraiment
efficace pour discriminer l’origine géographique des huiles d’olive d’une manière précise, notamment
lorsqu’elles sont issues d’une même variété d’olive. Il est donc nécessaire d’identifier un traceur se rapportant au
terroir de production, c'est-à-dire à sa géologie.

Depuis de nombreuses années, une approche a été mise en œuvre reposant sur l’identification de l’origine
géographique d’un produit agro-alimentaire via la connaissance de ses isotopes du Sr, notamment via l’analyse
du rapport 87Sr/86Sr. L’objectif de cette thèse est d’appliquer cette stratégie de reconnaissance aux huiles d’olive,
en s’appuyant sur la production des huiles AOP de Nîmes dans le Sud de la France (Gard). La viscosité, la
charge organique élevée, la teneur faible en Sr de cette matrice, et le caractère hydrophile du Sr, rendent
néanmoins inadaptés les protocoles de purification du Sr existants. La première approche de l’étude correspond
donc à la définition et à la validation d’une méthode de traitement des huiles d’olive en vue de la purification du
Sr afin de procéder à l’analyse de sa composition isotopique (CI).

La seconde partie de l’étude est consacrée à la définition des processus d’assimilation et de transfert du Sr
dans l’olivier. Cette approche, menée grâce à une étude détaillée d’un des moulins AOP de Nîmes (moulin des
Costières), a permis de démontrer que le transfert du Sr des sols vers l’olivier et au sein des oliviers se fait sans
fractionnement isotopique sur la base des résultats obtenus. La composition isotopique des différents organes de
la plante peut être comparée à celle de son environnement de culture. La CI des huiles produites par traitement
des olives s’avère également être directement reliée à celle du terroir de culture, identique à celle des olives et
des autres organes de l’olivier, et donc non modifiée par les processus de fabrication. Afin d’avoir une meilleure
compréhension du cycle biogéochimique du Sr dans l’environnement, des expérimentations en conditions
d’irrigation contrôlée ont été réalisées sur une station régionale d’expérimentation (SERFEL). Les résultats du
suivi des CI en Sr dans cet environnement soulignent que l’absorption du Sr par les racines de l’olivier constitue
la source principale du Sr pour l'olivier (90%). Néanmoins, une influence très localisée des additifs agricoles sur
le rapport 87Sr/86Sr dans les différents compartiments de l'arbre a pu être mise en évidence, ainsi qu’une influence
de l’irrigation sur la biodisponibilité du Sr dans les sols de culture.

La dernière partie de l’étude s’appuie sur la mesure et la caractérisation des rapports isotopiques 87Sr/86Sr
des dix huiles d’olive AOP de Nîmes, et une comparaison de cette signature avec celle des formations
géologiques sur lesquelles ont été installées les parcelles de culture. Cette approche permet de discuter de la
pertinence de l’outil isotopique à la reconnaissance géographique du produit oléicole, pour différents contextes
géologiques et différents mode de cultures. L’identité de la CI huile-territoire de culture a permis de conclure,
dans le contexte de production de l’huile d’olive AOP de Nîmes, que les isotopes du Sr constituent un très bon
outil de traçage de l’origine géographique des produits oléicoles. Enfin, afin de valider l’approche, deux
échantillons d’huiles d’olive provenant du Maroc ont été analysés en isotopie du Sr. Leurs compositions ont été
comparées à celles des huiles d’olive AOP de Nîmes. Cette comparaison révèle une discrimination entre la
majorité des huiles d’olive AOP de Nîmes et les huiles Marocaines. L’étude pourrait être approfondie par une
analyse plus exhaustive des différentes huiles d’olive des climats méditerranéens dans le but de faire une
cartographie isotopique du secteur, et de lutter plus efficacement contre les contrefaçons.
1
Abstract
Olive oil is currently known as one of the most precious ingredients in world gastronomy and especially in
the Mediterranean one. The recognition of its many virtues induced a growth in its production from many
countries, including France. The French Mediterranean region is particularly engaged into the production of
"high quality" olive oil. This commitment is demonstrated through national and international labels such as AOC
(Controlled Designation of Origin – in French) and PDO (Protected Designation of Origin). These labels
enhance a higher market value to the product, and secure the consumer about the oil production. In addition, they
contribute to a better management of health risk since the production is made with special prescribed conditions.
In the Gard department, ten millers produce a PDO labeled olive oil. The market value of their PDO products
exposes fraudsters trying to seek financial gain and. this fraud about the origin and / or the quality may have
negative economic and health consequences. In order to mitigate these risks, different authentication methods are
proposed in the literature, such as the organoleptic characteristics, the fatty acids and triglycerides composition
or elements traces of the oil. Even if discrimination between different oils is possible, none of these methods
seems effective to really discriminate the geographical origin of olive oil in a precise and systematic way,
especially when they derive from the same variety of olive. It is therefore necessary to identify a tracer relating
one olive oil to her production area, which means, its geology.

For many years, an approach based on the identification of the geographical origin for food product has been
implemented through the knowledge of its Sr isotopes, particularly through the analysis of 87Sr / 86Sr ratio. The
objective of this thesis is to develop a similar strategy for the olive oils, from the example of PDO Nimes (Gard),
in southern France. A specific methodology is necessary since the existing purification protocols of Sr revealed
themselves inadequate because of viscosity, high organic load, hydrophilic nature of Sr and low Sr content of
this matrix In order to proceed to the analysis of the isotopic composition (IC), the first part of the study
highlights the definition and validation of a specific method for the treatment of olive oils and strontium
purification.

The second part of the study is dedicated to expose the processes of assimilation and transfer of strontium
into the olive tree. This approach, conducted through a detailed study of one of Nîmes PDO mills (Costières
mill), demonstrated that the transfer of strontium from soils to olive tree, and within the olive tree, occurs
without isotope fractionation. The IC of the various organs of the plant is similar to his cultivation environment,
as well as the IC of the oils produced by olives processing, which means that manufacturing process had not
impact the primary oil IC. In order to o better constrain the biogeochemical cycle of Sr in the environment,
experiments were carried out in a regional experimentation station (SERFEL) under controlled irrigation
conditions. The results evidence that the absorption of strontium by the roots of olive tree is the main source of
Sr for the olive tree (90%) even if a much localized influence of agricultural additives on the 87Sr /86Sr ratio in
the different tree compartments may occur. In the same way, an influence of irrigation process on the
bioavailability of Sr in soils has been demonstrated.

The last part of the manuscript studies the isotopic ratios 87Sr / 86Sr of the ten PDO olive oils of Nimes and
consists in a comparison of this signature with the geological formations underlying the cultivation soils. This
approach allows discussing quality of Sr isotopic tool in the geographical recognition of the olive products from
different geological contexts and different cultivation methods. The observed similarity between th IC from oils
and soil allow us to conclude that, in this context of production, the Sr isotopes are a efficient tool to trace and
certify the geographical origin of the oil. To confirm such results two samples of olive oil from Morocco were
analyzed with the same methodology and we demonstrated revealed clear discrimination between the majorities
of PDO Nimes olive oils Moroccan olive oils validated the strategy of olive oil authentication through Sr IC
method. A more systematic analysis of Mediterranean oils has now to be performed to increase our knowledge

of specific signatures and establish a mapping of each area.
2
Remerciements
Je tiens ici à remercier toutes les personnes qui ont contribué à la réalisation de ces trois
années de thèse. La liste des remerciements qui va suivre se veut la plus exhaustive possible
mais il n’y aura jamais suffisamment de place pour remercier tout le monde dans le détail, je
m’excuse alors d’avance auprès de toutes celles ou ceux que j’aurais omis et à qui j’exprime
toute ma gratitude.
Je remercie tout d’abord Isabelle Techer qui m’a fait confiance dès le début et m’a permis de
réaliser ces trois années de thèses qui m’ont enrichis et marquent une période de ma vie que
rien ne pourra remplacer. Merci Isabelle de m’avoir donné l’occasion et encouragé à
valoriser mes travaux. J’aimerais remercier également Myriam Janin pour sa
compréhension, et son aide efficace pour l’interprétation des données. J’ai également
beaucoup apprécié pouvoir donner quelques coups de tarière en plein mois d’aout ou en
décembre avec un sol dur comme du ‘granite’. Je tiens également à remercier Joël Lancelot
et Corinne Le Gal La Salle, de m’avoir accueillis au sein du laboratoire GIS, toujours avec le
sourire.
Un grand merci à notre ingénieur de laboratoire Patrick Verdoux pour sa bonne humeur et
son énergie débordante, et qui m’a beaucoup aidé à la réalisation de mon protocole
d’extraction du Sr sur les huiles d’olive. Merci à Christian Pin pour son expérience, ses
conseils et toutes les discussions sur les marnes du Miocène. Merci aux étudiants que j’ai
encadrés, Jéremy, Lagia, Mourad, et Thibaut toujours volontaires, autonomes et efficaces, et
qui ont permis de faire avancer ces travaux de thèse. Je remercie Carine Farina et Audrey
Giménez pour leur sympathie, toujours avec le sourire, et qui m’ont fait prendre conscience
que l’organisation des emplois de temps n’était pas une tâche facile.
Je remercie Bouchnafa Yahia le directeur de l’entreprise THTC et l’université de Nîmes qui
ont contribué au financement de cette thèse. Merci à ma colocataire de bureau Lara Sassine,
pour sa bonne humeur et ses encouragements, et son aide sur le logiciel ‘Arc gis’.
Je voudrais remercier Mme Marie-clair Pierret et M jean paul Laclau d’avoir accepté de
relire cette thèse et d’en être rapporteurs. Je tiens à remercier M Jean-Dominique Meunier
d’avoir accepté d’être président du jury. Je remercie également tous les membres du jury
d’avoir accepté d’assister à la présentation de ce travail, particulièrement Mme anne Poszwa
et M Norbert Clauer qui se sont déplacés respectivement de Nancy et depuis Strasbourg. Un
grand merci pour M Pinatel pour sa vision valorisante de mon travail.
3
La réalisation de cette thèse aurait été beaucoup plus difficile sans ma chérie Nawel, qui a
répondu toujours présente, et qui m’a beaucoup soutenu pendant ces trois années de thèse
(pas toujours faciles), et qui m’a toujours poussé à aller de l’avant.
Un très grand merci pour mon ami et mon petit frère de substitution Mathieu Camoin, pour
son soutien quotidien, pour sa disponibilité et sa grande gentillesse (Matic on garde contact
frérot). Merci à mes amis Kamel, Boris, Fouad, Jérémy, Hamou, Yacine, et Julien.
Merci à mes parents qui de loin ont toujours eu confiance en moi, supporté, encouragé à
avancer, et beaucoup aidé « j’ai de la chance de vous avoir ». Merci à mes deux frères
Toufik et Lotfi pour m’avoir fait tant rire dans les périodes difficiles loin de la famille. Merci
à Lynda et Kamel, merci à mes tantes et mes oncles et un grand merci aux grands parents.

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Table des matières
Introduction générale .......................................................................................................................13

Chapitre 1: Methods for PDO olive oils traceability: state of art and discussion about the
possible contribution of strontium isotopic tool .........................................................................18
Abstract ..........................................................................................................................................19
Introduction ...................................................................................................................................19
Organoleptic characteristics .........................................................................................................21
Chemical characteristics ...............................................................................................................21
Volatiles ...............................................................................................................................................21
Organic matrices ...................................................................................................................................22
Trace element .......................................................................................................................................23
Chemometric methods ...........................................................................................................................23
Stable isope ratio ...........................................................................................................................24
Nest issue: identifying instead of discriminating the geographical origin ................................25
Conclusion ......................................................................................................................................25
References ......................................................................................................................................25

Chapitre 2: Methodological development for 87Sr/86Sr measurement in olive oil and
preliminary discussion of its use for geographical traceability of PDO Nîmes (France). 31
Abstract ..........................................................................................................................................32
Introduction ...................................................................................................................................32
Experimental procedure ................................................................................................................33
Materials and reagents ...........................................................................................................................33
Olive oil treatment for Sr content measurements ......................................................................................33
Olive oil treatment for Sr extraction ........................................................................................................33
Sr extraction .........................................................................................................................................34
5
Thermal ionisation mass spectrometer analysis (Triton TI) ........................................................................34
Results and discussion ....................................................................................................................34
Nimes olives oil (PDO) .........................................................................................................................34
Validation of the method on standard ......................................................................................................35
First step of a Sr isotope study for identification of olive oils ....................................................................36
Conclusion .......................................................................................................................................37
References ......................................................................................................................................37

Chapitre 3: Geographic tracing of olive oil using constrain on Sr transfer in olive tree ..41
Abstract ..........................................................................................................................................42
Introduction ...................................................................................................................................43
Study site .........................................................................................................................................45
Methodology ...................................................................................................................................47
Sampling ..............................................................................................................................................47
Samples traitment ..................................................................................................................................50
Results and discussion ....................................................................................................................52
Results .................................................................................................................................................52
Discussion ............................................................................................................................................56
Soils-roots transfer ....................................................................................................................................56
Transfer within plants ...............................................................................................................................61
From the plant to the finished product, olive oil ..........................................................................................64
Conclusion .......................................................................................................................................65
References ......................................................................................................................................68

6
Chapitre 4 : Caractérisation isotopique (87Sr/86Sr) des huiles d'olive AOP de Nîmes
(France) - Application pour la traçabilité géographique ........................................................75
Introduction ...................................................................................................................................76
Sites d’étude ..................................................................................................................................80
Approche expérimentale ...............................................................................................................82
Résultats et discussion ..................................................................................................................83
Les huiles AOP produites par les moulins situés au sud de la faille de Nîmes .............................................85
Le moulin des Costières (cf chapitre 3) .......................................................................................................85
Le moulin de Pierredon ............................................................................................................................86
La coopérative de Beaucaire .....................................................................................................................92
Les huiles AOP produites par les moulins situés au Nord de la faille de Nîmes ........................................94
Moulin de Pattus et moulin d’Uzès .............................................................................................................94
Moulin Paradis, le moulin de Catresse et le moulin de Thomassot ................................................................96
Coopérative de Villevieille (Sommières) ..............................................................................................98
Composition isotopique en Sr (87Sr/86Sr) des huiles d’olive du Maroc ..................................................101
Conclusion .......................................................................................................................................105
Réferénces bibliographiques .........................................................................................................107

Chapitre 5 : Influence de l’irrigation et des apports anthropiques sur la biodisponibilité
du Sr, impact sur la signature 87Sr/86Sr des oliviers ................................................................116
Introduction ...................................................................................................................................117
Site d’étude et conditions de culture ............................................................................................119
Matériels et méthode ......................................................................................................................124
Echantillonnage .....................................................................................................................................124
Traitement des échantillons .....................................................................................................................126
Résultat ...........................................................................................................................................128
7
Sols .......................................................................................................................................................130
Compartiments végétaux .........................................................................................................................134
Amendements ........................................................................................................................................136
Discussion .......................................................................................................................................136
Sols .......................................................................................................................................................136
Sols-Racines ..........................................................................................................................................140
Végétaux ...............................................................................................................................................141
Conclusion .......................................................................................................................................143
Réferénces bibliographiques .........................................................................................................146
Conclusion générale ........................................................................................................................152
Références bibliographiques .........................................................................................................157

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Liste des figures

Figure 1-1 : Summary of existing methods to discriminate olive oils geographical origin. See
text for specification and examples for each of them .............................................................. 20
Figure 2-1 : Strontium extraction protocol in olive oil ........................................................... 34
Figure 2-2 : a) Map of Morocco and location of Oued Souss and Mabrouka olive oils ;b) Map
of the Gard (France) department and location of olive oil mills recognized in the Nimes PDO.
Location of the area of production of the three studied olive mills; c) 87Sr/86Sr of PDO olive
oils from Nîmes and olive oils from Morocco ......................................................................... 35
Figure 2-3 : 87Sr/ 86Sr ratios of the standard samples: after pretreatment, after calcinations and
without any manipulation ........................................................................................................ 36
Figure 2-4 : Cycle Biogéochimique du Sr (Stewart et al., 1998) ............................................. 40
Figure 3-1: Location of the studied site: a) Geological context (from Desaunettes et Vigneron
1958; Barrière et al 1973) and b) satellite view of the costières plots; c) scheme of the
Costières plots ......................................................................................................................... 47
Figure 3-2 : a) 87Sr/86Sr ratios of soils collected at 40 cm in depth on the F plot of “the
Costières” and of one soil collected outside the plot; b) Isotopic composition versus Sr
concentration of these soils for the Picholine variety .............................................................. 54
Figure 3-3 : a) 87Sr/86Sr ratios of soils and roots on the F plot of Costières taking into account
the sampling period and the cultivated olive variety (Aglandau/Picholine); b) Evolution of the
87Sr / 86Sr ratios from the geological reservoir (soils) to the biological ones (roots,
branches,leaves and olives) for the two studied olive variety; c) Comparison between
87Sr/86Sr of leaves in the different plots and of the olive oil .................................................... 60
Figure 3-4 : a) Mixing diagram 87Sr/86Sr versus 1/Sr pointing out the relation between soils,
roots, olives, irrigation water and Biovie; b) Mixing diagram 87Sr/86Sr versus 1/Sr of pointing
out the relation between soils, leaves, irrigation water and additive such as white clay
(kaolinite) and copper oxide (Cu O) ........................................................................................ 61
2
Figure 3-5 : Mean 87Sr/86Sr ratios and transfer factor in the different geological and biological
reservoirs,in added products and in olive oil for the Costières de Nîmes ............................... 67
Figure 3-6 : Extraction de l’huile d’olive par le système de presse traditionnel (Sacchi (2007))
.................................................................................................................................................. 74
9